Что такое центробежный компрессор и принцип работы центробежного компрессора не так уж и сложен. Центробежный компрессор — это тип скоростного воздушного компрессора, который отличается от объемного воздушного компрессора тем, что увеличивает скорость воздушного потока и преобразует кинетическую энергию воздуха в его давление через диффузор, таким образом, воздух сжимается. Все центробежные компрессоры являются безмасляными компрессорами, поскольку они приводят воздушные потоки в движение на высокой скорости только с помощью рабочих колес в многоступенчатом сжатии, и в них не задействовано масло.
Что такое центробежный компрессор?
Эволюция центробежного компрессора
В начале 20 века появился центробежный компрессор со степенью сжатия 4.5, разработанный на базе вентиляторов. Производство центробежных компрессоров развивалось с 1950-х годов. В 1963 году на заводе синтетического аммиака в США был изготовлен первый центробежный компрессор высокого давления 14.7 МПа.
В нем использовался корпус бочкообразной формы вместо горизонтально разъемного корпуса, также известного как компрессор бочкообразной формы, который может выдерживать давление свыше 10 МПа. Когда дело дошло до 1970-х годов, США, Италия и Федеративная Республика Германия последовательно производили компрессоры бочкообразной формы высокого давления 60 МПа с толщиной стенки ствола 280 мм. В начале 1980-х годов давление нагнетания центробежного газового компрессора достигло 80 МПа.
Определение центробежного компрессора
Центробежный воздушный компрессор относится к скоростным воздушным компрессорам и является типом турбинного компрессора. Он заставляет воздух вращаться с высокой скоростью с помощью рабочего колеса, так что газ получает центробежную силу, тем самым увеличивая расход и давление воздуха после прохождения рабочего колеса.
После этого газ выбрасывается из рабочего колеса и попадает в диффузор для снижения скорости и повышения давления. Повторение этого процесса несколько раз может привести к тому, что сжатый воздух достигнет расчетного давления. Они обладают характеристиками большого объема обработки газа, небольшого размера, простой конструкции, стабильной работы, простоты обслуживания, и газ не загрязняется маслом. Существует много форм привода, которые можно использовать, такие как двигатели, паровые турбины, газовые турбины и т. д.
Работа центробежного воздушного компрессора стабильна и надежна, он имеет компактную конструкцию, большой диапазон объема выхлопа, мало изнашиваемых деталей, длительный срок службы, отсутствие загрязнения сжатого воздуха маслом, высокое качество подачи воздуха, а его многоступенчатое сжатие приближается к изотермическому сжатию, что способствует экономии энергии.
Как работает центробежный компрессор?
Компоненты центробежного компрессора
Центробежный воздушный компрессор в основном состоит из трех частей: статоров, подшипников и роторов.
Основным корпусом статора является корпус (цилиндр), также включающий в себя перегородку, уплотнение, впускную камеру, спиральную камеру, диффузор, колено, возвратное устройство, впускную трубу, выпускную трубу и некоторые уплотнения вала.
Ротор установлен на подшипнике, который приводится в действие двигателем, заставляя ротор вращаться с высокой скоростью.
Ротор состоит из рабочего колеса, балансировочной пластины и части уплотнения вала, а на рабочем колесе имеются лопатки. Рабочее колесо является единственным элементом в центробежном компрессоре, который работает на воздухе. Существует три типа рабочих колес: закрытое, полуоткрытое и открытое. Закрытое рабочее колесо состоит из лопаток, крышки колеса и диска колеса. Полуоткрытое рабочее колесо не имеет крышки колеса, но имеет диск колеса. Открытое рабочее колесо не имеет крышки колеса и диска колеса, а рабочее колесо находится на валу.
Диффузор — это устройство, которое замедляет высокоскоростной воздух и преобразует его кинетическую энергию в давление. Его принцип заключается в изменении направления потока газа, тем самым уменьшая его расход.
Принцип работы центробежного компрессора
Принцип работы центробежного компрессора заключается в использовании механических рабочих органов (высокооборотных вращающихся рабочих колес) для воздействия на газ, в результате чего под действием центробежной силы увеличивается кинетическая энергия газа, а также значительно увеличивается его давление. Впоследствии эта часть кинетической энергии преобразуется в энергию статического давления в проточном канале диффузора, что еще больше увеличивает давление газа.
Вообще говоря, основной целью увеличения давления газа является увеличение числа молекул газа в единице объема, то есть сокращение расстояния между молекулами газа.
Для достижения этой цели применяется метод газовой динамики, когда ротор (рабочее колесо) внутри центробежного воздушного компрессора вращается с высокой скоростью, газ приводится в движение рабочим колесом с высокой скоростью, под действием центробежной силы воздух приобретает кинетическую энергию, а его давление, температура и расход увеличиваются.
Затем газ протекает через каналы статорных компонентов центробежного компрессора, таких как диффузор, и скорость воздуха уменьшается. Согласно закону сохранения энергии, уменьшенная скорость будет преобразована в давление (то есть кинетическая энергия преобразуется в энергию давления).
Многоступенчатое сжатие центробежного компрессора
Центробежные воздушные компрессоры обычно используют многоступенчатую структуру сжатия, которая похожа на принцип многоступенчатых винтовых компрессоров. После сжатия воздуха на первой ступени он будет сжиматься на второй или более ступенях. Одна ступень означает один процесс сжатия.
В отличие от винтовых компрессоров, центробежные компрессоры обычно имеют очень большие объемы подачи воздуха, которые могут достигать сотен или даже тысяч кубометров в минуту. Поскольку температура воздуха повышается после сжатия, требуется больше энергии для сжатия воздуха с более высокой температурой на следующем этапе. Для того чтобы снизить энергопотребление центробежных компрессоров, необходимо снизить температуру сжатого воздуха.
Поэтому в многоступенчатых центробежных воздушных компрессорных системах часто используется сегментированная структура промежуточного охлаждения. Чем больше ступеней сжатия, тем ближе оно к изотермическому сжатию, а центробежный компрессор более энергоэффективен и имеет более высокую эффективность сжатия.
Рабочий процесс центробежного компрессора
Воздушная система центробежного воздушного компрессора несложная. Наружный воздух поступает в воздухозаборник компрессора после фильтрации направляющими лопатками воздухозаборника и воздушными фильтрами. Крыльчатка вращается, и под действием центробежной силы воздух течет по каналу лопаток (каналу между лопатками) к внешнему краю крыльчатки. Лопасти крыльчатки приводят воздух во вращение, передают кинетическую энергию воздуху, а давление и скорость воздуха соответственно увеличиваются.
Затем воздух выбрасывается по постепенно открывающейся касательной на рабочем колесе и попадает в вихревую камеру и диффузор. Диффузор уменьшит расход воздуха, а давление воздуха еще больше увеличится.
Воздух, выходящий из диффузора, проходит через промежуточный охладитель для охлаждения под руководством деталей статора, таких как устройство изгиба и возврата потока, а затем поступает в рабочее колесо следующей ступени для дальнейшего сжатия, пока давление воздуха в нем не достигнет расчетного давления системы, и выпускается из выпускного отверстия центробежного компрессора.
В течение всего процесса сжатия удельный объем газа уменьшается, а температура увеличивается. При повышении температуры для сжатия той же единицы газа требуется больше энергии. Поэтому в целях экономии энергии и мощности в многоступенчатых центробежных компрессорах часто используется промежуточный охладитель, когда степень повышения давления больше 3. Газ поступает в промежуточный охладитель с предыдущей ступени, а после охлаждения поступает на следующую ступень для дальнейшего сжатия.
Пока рабочее колесо непрерывно вращается, газ непрерывно всасывается и выбрасывается в диффузор, тем самым поддерживая непрерывный поток газа. Для каждого центробежного газового компрессора, чтобы достичь необходимого расчетного давления, каждый компрессор имеет разное количество ступеней и секций и может даже состоять из нескольких цилиндров.
Схема центробежного компрессора
Условия работы центробежного компрессора
Центробежные компрессоры рассчитаны на большой расход, высокое давление и непрерывную работу. Теоретически кривая зависимости давления от расхода центробежного компрессора представляет собой прямую линию, но из-за сопротивления трения и других потерь внутри центробежного компрессора фактическая кривая зависимости давления и расхода плавно уменьшается с увеличением расхода, а соответствующая кривая мощности компрессора от расхода увеличивается с увеличением расхода.
Когда центробежный компрессор работает с постоянной скоростью, его рабочая точка будет перемещаться по кривой зависимости давления от расхода. Рабочая точка центробежного компрессора во время работы зависит не только от его собственной производительности, но и от характеристик системы.
При увеличении сопротивления трубопроводной сети кривая производительности трубопровода станет круче.
Основной принцип регулирования центробежного компрессора заключается в достижении желаемых условий эксплуатации путем изменения его собственной кривой производительности или кривой характеристики внешней трубопроводной сети.
Изотермическое сжатие в центробежных компрессорах
В принципе, изотермическое сжатие имеет высокую эффективность сжатия и может сжимать газ до целевого объема, сохраняя при этом температуру сжатого газа неизменной, что позволяет избежать некоторых потерь энергии в процессе сжатия. По сравнению с изобарическим сжатием и адиабатическим сжатием, изотермическое сжатие имеет меньшие потери энергии и может эффективно повысить эффективность сжатия.
Чем больше ступеней сжатия, тем ближе оно к изотермическому сжатию и тем выше его эффективность. Учитывая потерю давления промежуточного охладителя и утечку уплотнения вала, разница в эффективности между 2-ступенчатым и 3-ступенчатым сжатием составляет около 3.5%, а разница в эффективности между 3-ступенчатым и 4-ступенчатым сжатием составляет около 1%.
Принцип работы одноступенчатого высокоскоростного центробежного компрессора заключается в следующем: первичный двигатель приводит в движение рабочее колесо с высокой скоростью через вал. Воздушный поток поступает в высокоскоростное вращающееся рабочее колесо с осевого направления входа, становится радиальным и ускоряется.
Затем он попадает в камеру расширения, меняет направление потока и замедляется. Этот эффект замедления преобразует кинетическую энергию высокоскоростного вращающегося воздушного потока в энергию давления (потенциальную энергию), так что на выходе компрессора поддерживается стабильное давление.
Каково применение центробежного компрессора?
Применение центробежного воздушного компрессора
Центробежный компрессор отличается большой производительностью и высоким давлением воздуха и широко используется в таких отраслях, как автомобилестроение, химическая промышленность, фармацевтика, горнодобывающая промышленность, а также синтез и разделение газа, различные промышленные производственные отрасли, где требуется сжатый воздух высокого стандарта. Центробежные воздушные компрессоры подходят для случаев большого и среднего расхода, среднего и высокого давления.
Промышленная сфера: В промышленном производстве центробежные компрессоры широко применяются в системах вентиляции, вытяжки, пылеудаления и транспортировки жидкостей под высоким давлением. Например, в химический, фармацевтический, металлургическая, нефтеперерабатывающая, газоперерабатывающая и другие отрасли промышленности, центробежные компрессоры может использоваться для транспортировки газов, дымовых газов и порошков, сжатия природного газа в качестве Компрессоры сжатого природного газа, а также может играть роль в охлаждении, уменьшении запыленности и очистке воздуха.
Область охраны окружающей среды: В области охраны окружающей среды центробежные компрессоры используются для удаления пыли, дымоудаления и очистки сточных вод. Например, в таком оборудовании, как дымоходы, котлы и мусоросжигательные печи, центробежные компрессоры могут помочь в отводе дымовых газов и уменьшении загрязнения воздуха.
Сельскохозяйственная сфера: В сельском хозяйстве центробежные компрессоры могут использоваться для вентиляции и охлаждения в теплицах, птицеводческих и животноводческих фермах и других местах. Они могут обеспечить достаточную циркуляцию воздуха, помочь регулировать температуру и влажность, а также улучшить среду роста сельскохозяйственных культур.
Пищевая промышленность: Пищевая промышленность использует центробежные компрессоры в холодильных системах для охлаждения и сохранения продуктов питания. Компрессор является частью холодильного цикла и работает за счет повышения давления хладагента и повышения его температуры. Высокая надежность и энергоэффективность являются желательными характеристиками в этой отрасли.
Помимо вышеперечисленных сценариев, центробежные компрессоры также используются во многих других областях, таких как вентиляция и дымоудаление в общественных помещениях, таких как туннели и метрополитены. Короче говоря, как эффективное и стабильное вентиляционное и сжимающее воздух оборудование центробежные воздушные компрессоры имеют очень широкий спектр применения.
Производители центробежных компрессоров
Скорость центробежных компрессоров обычно превышает несколько тысяч об/мин, а некоторые достигли более 25,000 10,000 об/мин. Требуемая мощность может достигать десятков тысяч киловатт, а расход достиг 3 2023 м32.0/мин. Основными производителями центробежных компрессоров в мире являются Ingersoll Rand, Atlas Copco, IHI, Siemens Energy, CompAir и др. В XNUMX году на долю трех крупнейших производителей в мире пришлось около XNUMX% доли рынка.
Согласно последнему отчету исследовательской группы QYResearch «Отчет о мировом рынке центробежных компрессоров 2023–2029», ожидается, что объем мирового рынка центробежных компрессоров достигнет 2.22 млрд долларов США в 2029 году, а совокупный годовой темп роста в ближайшие несколько лет составит 2.5%.
Преимущества центробежного компрессора
Конструктивные характеристики центробежных воздушных компрессоров
Основные узлы центробежного воздушного компрессорного агрегата просты по конструкции и надежны в эксплуатации;
Изготовление основных компонентов, аэродинамической части, промежуточного охладителя, встроенной трансмиссии, системы смазки и органов управления центробежного воздушного компрессора может гарантировать надежную работу;
Центробежный воздушный компрессор не имеет смазываемых деталей в воздуховоде сжатого воздуха, что обеспечивает чистый и безмасляный сжатый воздух;
Точно сбалансированная гибкая дисковая муфта центробежного воздушного компрессора сводит к минимуму вибрацию и не требует смазки муфты, также могут быть предусмотрены другие способы соединения;
Компактная сборная база центробежного воздушного компрессора объединяет раму, промежуточный охладитель и бак смазочного масла, благодаря чему обеспечивается превосходная жесткость на кручение;
Центробежные компрессоры 100% безмасляный сжатый воздух
Передовые технологии обеспечивают наилучшую производительность компонентов. Пневматические компоненты, такие как крыльчатки и диффузоры, разработаны для обеспечения эффективной работы в рабочем диапазоне, а различные испытания проводятся на месте. Удовлетворяют всем аспектам потребностей пользователя.
Трехмерное рабочее колесо с загнутыми назад лопатками оптимизирует угол наклона лопаток. Конструкция рабочего колеса с загнутыми назад лопатками и уникальное соединение вала с колесом делают компрессор эффективным и стабильным во всем рабочем диапазоне. Использование антикоррозионных и износостойких материалов продлевает срок службы рабочего колеса.
Подшипники Наклонные опорные подшипники, установленные на валу шестерни, предотвращают вибрацию масляной пленки при работе на высоких скоростях и продлевают срок службы. Четырехлепестковые конические упорные подшипники вала, установленные на большом валу шестерни, снижают потери на трение.
Горизонтально-разъемный редуктор Горизонтально-разъемный редуктор легко разбирается и собирается. Нет необходимости разбирать систему трубопроводов при ремонте шестерен. Этот жестко сконструированный редуктор поглощает вибрацию и снижает шум.
Сравнение центробежного компрессора и винтового компрессора
Центробежный компрессор — это скоростной компрессор. По сравнению с другими компрессорами он имеет большой объем выхлопа, равномерный выхлоп и безимпульсный поток воздуха; он имеет высокую скорость, не требует смазочного масла в машине, имеет хороший герметизирующий эффект и имеет меньшую утечку; он имеет плоскую кривую производительности, широкий рабочий диапазон и его легко автоматизировать и масштабировать; он имеет меньше изнашиваемых деталей, меньше обслуживания и длительный рабочий цикл.
Центробежные воздушные компрессоры сжимают и нагнетают воздух с помощью высокоскоростных вращающихся центробежных колес и обладают такими преимуществами, как большой объем выхлопа, равномерный выхлоп, безимпульсный поток воздуха, высокая скорость, отсутствие необходимости в смазке внутри машины, хорошие характеристики уплотнения, небольшое количество изнашиваемых деталей, меньшая потребность в техническом обслуживании и длительный рабочий цикл.
Этот тип компрессора подходит для случаев с высокими степенями сжатия, например, в химической, нефтяной и электроэнергетической промышленности, и может обеспечивать более высокое выходное давление, но потребление энергии относительно высокое.
Винтовой воздушный компрессор сжимает и нагнетает воздух посредством вращения двух винтов внутри. Он имеет такие преимущества, как простая конструкция, высокая надежность и простота обслуживания. Он подходит для случаев с низкой степенью сжатия, таких как кондиционирование воздуха, покраска, пищевая промышленность и другие отрасли. Он имеет низкое энергопотребление, но обеспечивает низкое выходное давление.
Характеристики винтовых воздушных компрессоров также включают в себя небольшой размер, легкий вес, низкую вибрацию и низкий уровень шума, но они требуют непрерывной подачи масла и смазки. Система масляного контура относительно сложна, и в винтовом роторе есть зазор утечки, после длительного использования, он также может нуждаться удалить масляный шлам и углеродистые отложения. Объемный КПД немного ниже, чем у поршневого типа.
В целом, выбор центробежного воздушного компрессора или винтового воздушного компрессора должен определяться в соответствии с конкретным применением и потребностями. Если необходимо обработать большое количество газа и чистота газа высока, центробежный воздушный компрессор является лучшим выбором.
Если сценарий применения имеет более строгие ограничения по размеру оборудования, энергопотреблению и стоимости, то винтовой воздушный компрессор может оказаться более подходящим.
Техническое обслуживание и устранение неисправностей центробежного компрессора
Техническое обслуживание и капитальный ремонт центробежных воздушных компрессоров в основном включают ежедневное техническое обслуживание, регулярное техническое обслуживание, профилактическое обслуживание и устранение неисправностей.
Ежедневное обслуживание
Проверяйте и заменяйте фильтр, регулярно проверяйте фильтр на предмет засорения или снижения эффективности фильтрации и вовремя заменяйте его.
Очищайте кулер, регулярно очищайте его поверхность от пыли и грязи, чтобы обеспечить хороший отвод тепла.
Проверьте электрическую систему, регулярно проверяйте электрическую систему, чтобы убедиться, что клеммы не ослаблены, нет нагрева, предохранитель не перегорел и электрическая цепь не повреждена.
Регулярное обслуживание
Заменяйте изнашиваемые детали в соответствии с инструкцией по эксплуатации и рекомендациями производителя. Регулярно заменяйте изнашиваемые детали, такие как подшипники, шестерни, уплотнения и т. д.
Проверьте винтовой ротор и цилиндр, регулярно проверяйте винтовой ротор и внутреннюю стенку цилиндра на предмет износа, трещин или царапин.
Откалибруйте манометр, регулярно калибруйте манометр, чтобы обеспечить его точность.
Профилактическое обслуживание
Разработайте план профилактического обслуживания, регулярно проводите испытания производительности компрессора в соответствии с рекомендациями производителя или на основе количества часов работы оборудования, чтобы убедиться, что его эффективность и производительность соответствуют стандартам.
Поиск неисправностей
Высокая температура выхлопных газов агрегата может быть вызвана слишком низким уровнем охлаждающей жидкости: загрязнение масляного радиатора или засорение элемента масляного фильтра. Соответствующие детали необходимо проверить и очистить или заменить.
Высокий расход масла агрегатом или высокое содержание масла в сжатом воздухе может быть вызвано слишком большим количеством охлаждающей жидкости, засорением возвратной масляной трубы или неправильной установкой возвратной масляной трубы. Соответствующие детали необходимо проверить и отрегулировать.
Низкое давление агрегата может быть вызвано тем, что фактический расход газа превышает выходной объем газа агрегата, неисправностью выпускного клапана или неисправностью впускного клапана. Соответствующие детали необходимо проверить и отремонтировать.
Высокое давление на выходе из агрегата может быть вызвано неисправностью клапана контроля температуры, отсутствием питания электромагнитного клапана отсечки масла или повреждением катушки. Соответствующие детали необходимо проверить и отремонтировать.
Одним словом, техническое обслуживание и капитальный ремонт центробежных воздушных компрессоров имеют большое значение для обеспечения нормальной работы оборудования, продления срока службы и снижения затрат на техническое обслуживание.
Подробнее Kotech"воздушные компрессоры
Kotech является первым выбором для всех ваших потребностей в воздушных компрессорах. Наша команда экспертов опытна и профессиональна, и может помочь вам решить любую проблему, которая может возникнуть с воздушными компрессорами. От выбора до установки и обслуживания, мы можем предоставить полное руководство, включая оптимальные советы и решения для вашего проекта.
Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о воздушных компрессорах, которые мы производим.
